P7 中央处理器(CPU)-The Central Processing Unit

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中央处理器 CPU

        中央处理器（CPU，Central Processing Unit）是一块超大规模的集成电路，是一台计算机的运算核心（Core）和控制核心（ Control Unit）。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

中央处理器主要包括运算器（算术逻辑运算单元，ALU，Arithmetic Logic Unit）、控制器和高速缓冲存储器（Cache）及实现它们之间联系的数据（Data）、控制及状态的总线（Bus）。它与内部存储器（Memory）和输入/输出（I/O）设备合称为电子计算机三大核心部件。

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CPU的工作流程

        取指令阶段（含解码阶段）

取指令阶段

指令表（前4位是操作码，后4位是内存地址或寄存器）

        RAM：内存，不同地址存放可能不同的指令。

        寄存器A,B,C,D：临时存放数据和操作数据。

        指令地址寄存器：跟踪程序运行到哪里，每一次工作流程的最后，该寄存器上的二进制数值（RAM对应的地址）都会加一，同时开始下一个工作循环。

        指令寄存器：读取RAM指定地址的程序指令。

        若干逻辑门的电路部分：识别指令寄存器读取到的指令的前4位，即判断是否读取到LOAD_A指令。

        如图，内存中地址为0的位置上指令为0010 1110，前4位0010指执行LOAD_A指令，后4位指RAM的1110地址，即将RAM的地址1110对应的值（14）放入寄存器A，在执行LOAD_A指令之前需经过左侧逻辑电路判断是否为LOAD_A指令，进入执行阶段。

        执行阶段

执行指令流程图

        识别出指令是LOAD_A时，打开RAM的允许读取线，把地址14传到RAM，RAM读取到该地址对应的数值00000011，即十进制3，打开RAM与寄存器A的允许写入线，将3写入寄存器A（打开方法：通过连接寄存器A与识别指令的电路，如果指令确实为LOAD_A，则打开寄存器A的允许写入线，然后RAM读取到3，将3写入寄存器A）。

        最后，所有电路关闭，指令地址寄存器的数值 + 1，执行阶段结束，进入下一个工作循环流程。

        剩下3个指令的工作流程大同小异，视频解释得比较清楚，这里就不赘述了。

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时钟信号

CPU基本抽象图

        原因：为确保cpu工作迅速协调，加入时钟信号，负责管理cpu的工作节奏。

        时钟速度单位：赫兹，1赫兹代表1秒1个周期。

        cpu超频/降频：通过修改时钟速度，加快或减缓cpu的工作速度，现代cpu具备“动态调整频率”功能。

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CPU和RAM的关系

关系图

        emmmm，如图。